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- Mise à jour le 15 Août 2009
- SÉMINAIRE SUR L’UNIVERS
INVISIBLE
- Organisé par l’Observatoire
de Paris (LUTH)
- Conférence de
Gilles COHEN-TANNOUDJI , Physicien théoricien,
Directeur de Recherche au CEA, du LARSIM
(Laboratoire de Recherche sur les Sciences de la Matière), Saclay sur
:
- «UNE NOUVELLE RÉVOLUTION
SCIENTIFIQUE A L’HORIZON?»
- Le 8 Juillet 2009
à L'UNESCO.
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- Remarque : Cette conférence fait partie
d’un ensemble de conférences données à l’occasion de ce séminaire,
dont on peut consulter le compte
rendu sur ce site.
- Photos : JPM. pour l'ambiance. Voir les crédits
des autres photos éventuelles.
- Je ne propose que des comptes rendus succincts
de ces conférences, le
site Univers 2009, dédié aux manifestations de l'Univers Invisible
devrait mettre en ligne bientôt le texte de toutes les conférences.
- NOTA : j'ai fait de nombreuses photos en haute
résolution que je ne peux pas mettre sur le site question volume, ceux qui
seraient intéressés par certaines photos en plus haute définition que
celles qui suivent n'ont qu'à
me contacter, je les envoie par e-mail.
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- La présentation de G Cohen Tannoudji est
disponible en pdf sur le Net, merci à lui !
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La
révolution scientifique du 20ème siècle est basée principalement sur
4 constantes fondamentales :
- ·
G constante de la gravitation ;
- ·
c vitesse de la lumière ;
- ·
k constante
de Boltzmann (équivalence entre température et énergie)
- ·
h constante
de Planck (lie l'énergie d'un photon à sa fréquence)
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- Elles sont la base de la physique théorique :
- ·
La physique fondamentale repose sur :
- o
la théorie
quantique des champs (h et c)
- o
la relativité
générale (G et c)
- ·
La physique phénoménologique :
- o
la statistique
quantique (h et k).
- o
la cinématique
relativiste (c).
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- La
théorie quantique des champs (TQC)
est considérée comme le mariage de la relativité restreinte (c) et de la
mécanique quantique (h).
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- C’est la base théorique de la physique des
particules élémentaires et des interactions fondamentales non
gravitationnelles.
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- ·
Champs relativistes, définis en chaque point de l’espace-temps de
Minkowski
- ·
Champs quantiques, champs d’opérateurs agissant dans un espace de
Hilbert provoquant des événements d’émission ou d’absorption de
quanta d’énergie
- ·
Les quanta d’énergie sont des particules ou des antiparticules (résolution
du problème des énergies négatives)
- ·
Interactions et couplages locaux: produits de champs évalués au même
point d’espace-temps
- ·
Le vide: état fondamental du système de champs quantiques dans
lequel le nombre de quanta d’énergie est nul, mais où les champs
quantiques sont affectés de fluctuations quantiques (par exemple la création
puis la désintégration d’une paire particule-antiparticule)
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- La conséquence de tout ce qui a été dit précédemment
: la naissance du modèle
standard de la physique qui procure un excellent accord entre les
observations et la théorie (à 10-11 près).
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- L’électrodynamique quantique (QED :
Quantum Electro Dynamics) est une théorie quantique des champs de l’électromagnétisme.
Elle possède la propriété d’être renormalisable.
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- Les théories
renormalisables : (je cite
exactement le texte de la diapo correspondante)
- ·
La localité des couplages d’interaction induit une singularité
dans la TQC: les intégrales à partir desquelles on obtient les amplitudes
de transition divergent
- ·
Une théorie est dite renormalisable si toutes les observables
physiques peuvent s’exprimer sans infini à l’aide de paramètres dépendant
de l’énergie, redéfinis (on dit « renormalisés ») par l’interaction
- ·
Une théorie renormalisable est prédictive : les paramètres –
dont elle dépend sont en nombre fini et ils peuvent être déterminés expérimentalement
- ·
Mais elle n’est pas « fondamentale »: la valeur des paramètres dépend
de la résolution (c’est-à-dire de l’énergie accessible)
- ·
Cette théorie est efficace (en anglais « effective ») car la dépendance
en énergie des paramètres est prédictible, grâce aux équations du
groupe de renormalisation
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- LA
RELATIVITÉ GÉNÉRALE ET COSMOLOGIE.
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- Einstein voulait un univers statique, il
introduisit à cet effet la constante cosmologique dans ses formules afin
qu'il en soit ainsi, puis s'apercevant de l'expansion de l'Univers, la
supprima, en prétendant que c'était sa plus grande erreur.
- Cela aboutira au modèle du "Big
Bang".
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- L’univers de De
Sitter est un univers sans matière mais statique comme celui d’Einstein
et avec constante cosmologique, mais Einstein le réfute (contraire au
principe de Mach).
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- C’est la découverte de l’expansion des
galaxies par Hubble, notamment, qui conduit Einstein à supprimer la
constante cosmologique.
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Le
modèle le plus simple (FLRW),
celui de Friedmann, Lemaître, Roberston et Walker explique la récession
des galaxies et l'abondance des éléments légers. Il prévoit aussi
l'existence d'un rayonnement de fond à 3K.
- Cela va conduire aussi à la théorie du Big
Bang.
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- Mais ce modèle élémentaire pose quelques
difficultés comme :
- ·
La trop grande homogénéité du fond cosmologique (comment des
points si distants les uns des autres peuvent ils avoir la même température?)
C'est le
problème de l'horizon.
- ·
Il y a aussi le problème de la platitude
spatiale de l'Univers, l'Univers semble plat, mais on ne sait pas
pourquoi.
- Un scénario, appelé Inflation
a été élaboré pour éliminer ces difficultés.
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- LES
ENJEUX D’UNE NOUVELLE RÉVOLUTION SCIENTIFIQUE.
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- Cette révolution a été précédée de
nombreux signes annonciateurs :
- ·
Masse des neutrinos
- ·
Matière noire
- ·
Accélération de l’expansion de l’Univers (constante
cosmologique non nulle, est-ce une nouvelle constante universelle?)
- ·
Incompatibilité de la TQC avec la RG, introduction de la gravitation
quantique
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- La constante cosmologique de nouveau en service
implique l’existence d’un horizon des évènements, la densité de l’énergie
noire est la densité d’énergie du vide : toute la matière est passée
au-delà de l’horizon.
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Un
des adeptes de cette théorie, T.
Padmanabhan (voir plus de détails dans les références à la fin du CR)
propose le schéma ci-contre.
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- C’est la structure géométrique d’un
univers basé sur deux longueurs caractéristiques : la longueur de
Planck LP et la constante cosmologique LL
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- Un tel Univers passerait la plupart de son
temps dans deux phases De Sitter. La première correspondant à
l’inflation et la deuxième correspondant à la phase d’accélération
de l’expansion (période de ré-inflation due à lambda).
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- Il y aurait une route thermodynamique vers la
gravitation quantique.
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- Et en conclusion, ces deux slides résumant
cette superbe conférence.
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